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摘要： 柴油发电机排放标准是指柴油发电机排放物中限定的各种污染物的最高排放限值。它是由国家环境保护部门制定的，旨在限制污染物对环境的影响，并促进我们社会的可持续发展。由于柴油发电机是我们社会中提供能源的主要设备，因此柴油发电机排放标准至关重要。本文说明柴油发电机排放污染物中CO、HC、NOx、微粒和碳烟的生成机理，梳理柴油发电机排放标准的主要内容，介绍非道路国四标准在排放控制技术、环境监管效果、产品国际竞争力与空气环境质量贡献四个方面的提升，并说明环保部关于GB16297-1996适用范围的回复。

 

一、排放污染物的组成

 

从总体看，由于柴油机的平均混合气浓度比汽油机稀得多，即使在高负荷区，平均过量空气系数也远大于1，所以柴油机总有足够的氧气对已形成的CO和HC进行氧化。柴油机的CO和HC排放量要比汽油机低得多。从细节上看，柴油机CO和HC的具体生成原因也与汽油机有所不同。柴油发电机排放污染物比例如图1所示。

 

 

图1 柴油发电机排放污染物比例

 

1. CO

（1）生成原因

柴油机CO主要源于缺氧造成喷注中过浓部分的不完全燃烧。

（2）与汽油机的差异

由于柴油机总体过量空气系数较大，CO排放量相对较低，但在喷注芯部等局部过浓区域仍会生成CO。

2. HC

柴油机HC的生成主要有下述两个原因：

（1）滞燃期极稀混合气的影响

滞燃期中，处于喷注前缘（图2）的极稀混合气，其浓度远低于燃烧极限而无法着火便产生HC。滞燃期越长，滞燃期中喷油量越多，过分稀释的混合气也越多，HC排放也就增多。

（2）喷雾质量与异常喷射的影响

在柴油机中，喷雾质量、喷雾贯穿度、与空气的混合等因素对未燃HC的生成影响很大。喷油器结构不合理，特别是针阀后压力室容积过大是形成未燃HC的重要原因。此外，窜机油，起动时不着火以及不正常喷射（如二次喷射）也是产生未燃HC的原因。在冷起动、怠速、低负荷等条件下，喷注中的大颗粒油滴来不及蒸发，严重的后燃也会造成未燃HC的排放。

3. NOx

（1）生成条件

柴油机的NOx生成条件与汽油机相同，也是高温、富氧和较长的作用时间，但是达到上述条件的具体情况各不相同。

（2）生成的区段

柴油机在燃烧过程中产生NOx的区段有速燃期的稀燃火焰区和缓燃期的扩散燃烧区。因为这两个区段具有生成NOx的条件。

4. 微粒和碳烟

（1）生成根源

柴油机中，微粒和碳烟的生成源于高温和局部混合气过浓。

（2）碳烟的形成过程

混合气越浓，其中碳成分就越多。在柴油喷注中，混合气浓度由芯部的极浓到前缘的极稀，所以喷注在燃烧过程，芯部总会有自由碳产生。

（3）微粒的形成过程

混合气在高于一定温度条件下，某些燃料分子会产生热裂解而分解成许多分子量低而碳比例高的碳氢化合物，如乙炔、乙烯等，其中也有自由碳。以这些裂解产物为核心，会不断使表面增和凝聚，尺寸不断扩大，形成球形粒子。到一定尺寸后，多个粒子又会聚成链状的集合体。当燃烧进行到末期，缸内温度下降，一些未燃HC和有机、无机物凝结和吸附在这些集合体表面，这就成为柴油机排气中的微粒。

（4）温度与浓度的影响

碳烟生成量与温度和混合气浓度的关系见图3。1327～1427℃的温度对碳烟形成的影响最大；混合气越浓，碳烟值越大。

 

图2 柴油机滞燃期喷入气缸的喷注形状图

图3 柴油机碳烟生成量与温度和混合气浓度关系

 

二、柴油发电机排放标准内容

 

1. 主要污染物排放限值

（1）SO2与NOx

柴油发电机的排放中，二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）是必须控制的主要污染物，其最高排放限值分别为0.25克/升和0.25克/升。

（2）CO、HC与PM

柴油发电机烟气排放中有害气体含量也是必须严格控制的，一般来说，CO，HC，PM等有害气体的最高排放限值分别为1.2克/升，0.07克/升，0.01克/升。

2. 噪声控制

（1）噪声限值

柴油发电机的噪声也是必须进行控制的，一般来说，噪声的最高排放限值为85分贝。

（2）噪声控制的意义

噪声虽不属于大气污染物，但长期处于高噪声环境中会影响操作人员健康，因此噪声限值同样是柴油发电机使用中需要关注的指标。

3. 排放控制的基本要求

（1）符合国家环保法规

柴油发电机的排放也必须按照一定的标准进行控制，如排放必须符合国家环保法规的要求。

（2）加强污染物检测

在使用柴油发电机的过程中，必须加强污染物检测，确保机组符合国家排放标准。只有这样，才能确保柴油发电机排放物对环境的影响是可控的，从而实现我们社会的可持续发展。

 

三、最新国四标准的要求

 

“非道路国四”标准于2022年12月1日如期施行，要求所有生产、进口和销售的560kW以下（含560kW）非道路移动机械及其装用的柴油机应符合本标准要求。

1. 提升排放控制技术

（1）先进技术的应用

选择性催化还原装置（SCR如图4所示）和颗粒捕集器（DPF如图5所示）等先进排放控制技术在非道路移动机械领域的应用大幅度提升，促进柴油机及相关零部件行业进一步发展。

（2）技术应用的配套要求

SCR系统需要尿素供给与喷射控制，DPF需要再生控制，两者的可靠运行依赖相应的传感器与控制系统，因此国四机型的维护内容相较国二、国三机型有所增加。

2. 提升环境监管效果

（1）远程监控

通过远程监控排放控制系统运行状况，保证其在实际使用过程中正常发挥作用，防止污染控制装置失效或遭到破坏。

（2）监管方式的变化

远程监控使排放监管从定期检测向实时监测转变，对使用单位而言，应保证相关数据上传通道畅通，不得擅自断开或屏蔽监控装置。

3. 提升产品国际竞争力

（1）与国际标准接轨

排放控制水平与技术要求与欧、美现阶段标准相当，实现国际接轨，同时在整机实际排放测试等方面更加先进。

（2）对产品设计的影响

排放要求的提高促使柴油机在燃烧系统、后处理系统与电控系统方面进行相应改进，也对燃油品质与维护水平提出更高要求。

4. 提升空气环境质量贡献

（1）限值提升与减排效果

NOx、HC和PM排放限值均有所提升，据中国环境科学研究院机动车排污监控中心测算，到2025年将减排NOx 37.5万吨、PM 3.2万吨，减排比例分别达到12.5%和19.3%。

（2）标准选择的现实情况

目前现行的排放标准已经达到国四标准，原先一般地区使用的柴油发电机组一般采用国二标准即可。京津冀地区则主要选用国三标准，对于环保要求高的地区，也建议选择国三标准，而随着国四标准的发布实施，柴油发电机组必将逐步采取更高的环保执行标准。

 

图4 柴油机SCR尾气处理系统

图5 柴油机DPF系统工作原理图

 

四、环保部关于GB16297-1996的适用范围的回复

 

1. 来信

（1）标准适用的困惑

最近几年来，随着社会各方对大气环境状况的越来越重视，各级环保部门的执法力度也逐渐加强，但由于各种原因，也带来一些法规适用性方面的困惑。GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》从1997年1月开始实施，对规范各类固定式污染源的污染物排放起到了极大的作用。

（2）标准的适用范围条款

其中适用范围1.2.1条规定：“按照综合性排放标准与行业性排放标准不交叉执行的原则，……，其它大气污染物排放均执行本标准。”这里“其他大气污染物排放”涵盖了所有的情况，因此，很多地方政府在进行项目环境评审时，将固定式柴油发电机组也纳入到该标准的适用范围。

（3）实际执行中的困难

但实际情况中，固定式柴油发电机组常常无法满足该标准的要求，比如该标准第5章规定一类区域禁止新建扩建污染源，但很多新建设施需要安装应急用发电机组，另外标准规定排气筒要高出周围200米范围内建筑物5米以上，这对柴油发电机组来说也是无法满足要求的。同时，该标准规定的氮氧化物和颗粒物排放浓度对于当前市场的产品来说也是非常苛刻的，无法满足要求。希望能针对该标准的使用范围做一说明，明确是否适用于固定式柴油发电机组产品。

2. 回复内容

（1）参照执行的标准

目前，我国还没有专门的固定式柴油发电机污染物排放标准，柴油发电机污染物排放控制应参照《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）执行。该标准除对污染物排放浓度有明确要求外，对排气筒高度和排放速率也有具体规定。

（2）排气筒与排放速率的处理

考虑到加高固定式柴油发电机排气筒高度会导致燃料燃烧不充分、增大污染物排放等现象，以及大功率柴油机存在无法满足排放速率限值的情况，建议目前固定式柴油发电机污染物排放浓度按照《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中的最高允许排放浓度指标进行控制，对排气筒高度和排放速率暂不作要求。

（3）后续标准的衔接

待《固定式压燃式发动机及设施排放标准》出台后，固定式柴油发电机污染物排放按此标准执行。

 

 

总结

本文围绕柴油发电机排放污染物的组成、排放标准与国四要求展开，说明柴油机的CO与HC排放量总体低于汽油机，其CO主要源于喷注过浓部分的不完全燃烧，HC主要源于滞燃期极稀混合气与喷雾质量不良，NOx生成于速燃期稀燃火焰区与缓燃期扩散燃烧区，微粒和碳烟则源于高温与局部混合气过浓。在排放标准方面，SO2与NOx最高排放限值均为0.25克/升，CO、HC、PM分别为1.2克/升、0.07克/升、0.01克/升，噪声最高排放限值为85分贝。非道路国四标准自2022年12月1日施行，在排放控制技术、环境监管效果、产品国际竞争力与空气环境质量贡献四个方面均有提升，SCR与DPF等后处理技术得到广泛应用。其意义在于：理解各污染物的生成机理，有助于在燃烧系统与后处理系统的维护中抓住关键环节；了解国二、国三、国四标准的差异与环保部关于GB16297-1996适用范围的回复，有助于在机组选型与环评报批中正确判断应执行的标准，避免因标准适用不清造成选型偏差或审批困难，从而在满足环保要求的同时保障供电需求。

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